專利名稱：四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃?xì)廪D(zhuǎn)缸輔助做功機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃?xì)廪D(zhuǎn)缸輔助做功機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃發(fā)動機(jī)是一種動力機(jī)械，它是通過使燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動力的熱力發(fā)動機(jī)。在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中，活塞式內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用最為普遍，活塞式內(nèi)燃機(jī)的氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件構(gòu)成，該氣缸還設(shè)置有進(jìn)氣閥門和排氣閥門，通常通過凸輪軸驅(qū)動凸輪運(yùn)動從而控制進(jìn)氣閥門和排氣閥門的通斷。工作時(shí)，燃料與空氣混合后在氣缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，燃?xì)馀蛎浲苿踊钊龉Γ偻ㄟ^曲柄連桿結(jié)構(gòu)或其他機(jī)構(gòu)將機(jī)械功輸出，驅(qū)動從動機(jī)械工作。 自內(nèi)燃發(fā)動機(jī)使用以來，為提高內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的工作效率，許多人在提高氣缸壓力和增加燃?xì)馀蛎涀龉w積等方面做了大量的探索并產(chǎn)生了大量的實(shí)用新型創(chuàng)造，但在推廣使用上，卻沒有達(dá)到預(yù)期的效果，究其原因，主要有以下因素1、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)工藝要求高，生產(chǎn)成本居高不下；2、提高了燃油熱能轉(zhuǎn)換率，但輸出功率明顯降低，在不增加發(fā)動機(jī)體積的情況下，不能滿足設(shè)備對功率的需要；3、明顯增加了發(fā)動機(jī)的體積，但受傳統(tǒng)技術(shù)的影響，許多設(shè)備預(yù)留的發(fā)動機(jī)艙空間有限，在推廣使用的同時(shí)，需要改變相關(guān)行業(yè)現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不利于推廣。4、燃油熱能轉(zhuǎn)換率提高不明顯，同時(shí)對發(fā)動機(jī)的改變在材質(zhì)和輔助設(shè)施等方面有特殊的要求，推廣價(jià)值不高。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)按照工作循環(huán)分為四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和二沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)使用至今已有一百多年的歷史，它經(jīng)過了一百多年的優(yōu)化、改進(jìn)和提高，但熱能轉(zhuǎn)換率仍低于30%。四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、燃燒膨脹沖程(做功沖程)和排氣沖程。四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)主要有汽油機(jī)和柴油機(jī)。在四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)工作的過程中，做功沖程結(jié)束時(shí)，在氣缸內(nèi)的高溫高壓的燃?xì)庥膳艢鉀_程直接排放到空氣中，這樣做功沖程結(jié)束后馬上進(jìn)入排氣沖程導(dǎo)致大量能量損失。同時(shí)，四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)設(shè)置有用于克服高壓氣體排出引起的空氣爆鳴的減震裝置，該減震裝置對排氣產(chǎn)生的阻力也會消耗大量能量。上述原因使得四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的熱能轉(zhuǎn)換率較低，通常低于30%。因此，在改進(jìn)和設(shè)計(jì)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的過程中，鑒于四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的市場占有率，主要考慮如何將原四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)沒有利用的能量利用起來，將原有的阻力消耗的能量降下來，下面就四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)損失的能量情況分析如下現(xiàn)四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在膨脹做功時(shí)，汽油發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)溫度為2200-2800K，做功沖程結(jié)束后，氣缸內(nèi)溫度仍高達(dá)1200-1500K;柴油發(fā)動機(jī)在做功沖程開始溫度為1800-2000K,做功沖程結(jié)束后，氣缸內(nèi)溫度高達(dá)1000-1300K。做功沖程結(jié)束后，氣缸溫度約在最高溫度與常溫的中間值，即對常溫狀態(tài)，此時(shí)燃?xì)獾目偀崮艿?0%已轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和其他損失的能量，同時(shí)即有剩余50%的熱能通過排氣沖程排放到空氣中，以現(xiàn)四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)最高熱能轉(zhuǎn)換率為30%計(jì)算，則仍有約15%左右的能量通過氣缸的熱傳導(dǎo)交換給冷卻系統(tǒng)，5%克服磨擦消耗，故如何充分利用四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)排氣沖程損失的能量，在不影響發(fā)動機(jī)正常工作的情況下減少氣缸熱傳導(dǎo)損失的能量，是提高發(fā)動機(jī)熱能轉(zhuǎn)換率的關(guān)鍵。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種能夠有效提高四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)熱能轉(zhuǎn)換率的燃?xì)廪D(zhuǎn)缸輔助做功機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃?xì)廪D(zhuǎn)缸輔助做功機(jī)構(gòu)，包括兩個(gè)氣缸以及通過驅(qū)動凸輪控制這兩個(gè)氣缸的進(jìn)氣閥門、排氣閥門通斷的凸輪軸，所述的兩個(gè)氣缸之間設(shè)置有將這兩個(gè)氣缸連通的燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道，所述燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道設(shè)置有燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門，所述燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門與所述凸輪軸之間設(shè)置有用于控制該燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門通斷實(shí)現(xiàn)燃?xì)廪D(zhuǎn)缸輔助做功的凸輪。 本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型是將曲軸與凸輪軸的傳動比從原來的I 2調(diào)整為I : 3，在一定工作順序的兩個(gè)氣缸之間增設(shè)燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道，該燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道設(shè)置有燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門，在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過凸輪軸凸輪分別驅(qū)動控制氣缸的進(jìn)氣閥門、排氣閥門以及該燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門的通斷，合理處理關(guān)聯(lián)氣缸之間的運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系，在原四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)燃?xì)廪D(zhuǎn)缸做功沖程和一個(gè)燃?xì)廪D(zhuǎn)缸排氣沖程，使原四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)成為六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。本實(shí)用新型可以提高燃?xì)馀蛎涀龉π?，降低氣缸溫度，減少氣缸熱傳導(dǎo)導(dǎo)致的熱能損耗，同時(shí)降低燃?xì)馀欧艢鈮汉蜏囟?，降低爆鳴引起的震動，減少排氣沖程能量消耗，從而達(dá)到提高內(nèi)燃發(fā)動機(jī)熱能轉(zhuǎn)換率。本實(shí)用新型適合現(xiàn)有二、三、四缸及缸數(shù)為三或四的倍數(shù)的各型內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(其中二缸發(fā)動機(jī)需按八沖程設(shè)計(jì)，因輸出最大功率不足一般不建議采用該方案)，在基本不增加生產(chǎn)成本的情況下，經(jīng)保守測算，四缸六沖程燃?xì)廪D(zhuǎn)缸發(fā)動機(jī)可減少燃油消耗36. 79%以上，三缸六沖程燃?xì)廪D(zhuǎn)缸發(fā)動機(jī)可減少燃油消耗39. 54%以上。同時(shí)，本實(shí)用新型的推廣應(yīng)用更加容易。

圖I是實(shí)施例I的十二缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的三個(gè)氣缸處于第一工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)不意圖；圖2是實(shí)施例I的十二缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的三個(gè)氣缸處于第二工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)不意圖；圖3是實(shí)施例I的十二缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的三個(gè)氣缸處于第三工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)不意圖；圖4是實(shí)施例I的十二缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的三個(gè)氣缸處于第四工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)不意圖；圖5是實(shí)施例I的十二缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的三個(gè)氣缸處于第五工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)不意圖；圖6是實(shí)施例I的十二缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的三個(gè)氣缸處于第六工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)不意圖；圖7是實(shí)施例2中的四缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的四個(gè)氣缸處于曲軸第一圈的第一工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是實(shí)施例2中的四缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的四個(gè)氣缸處于曲軸第一圈的第二工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是實(shí)施例2中的四缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的四個(gè)氣缸處于曲軸第一圈的第三工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是實(shí)施例2中的四缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的四個(gè)氣缸處于曲軸第一圈的第四工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是實(shí)施例2中的四缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的四個(gè)氣缸處于曲軸第二圈 的第一工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是實(shí)施例2中的四缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的四個(gè)氣缸處于曲軸第二圈的第二工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是實(shí)施例2中的四缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的四個(gè)氣缸處于曲軸第二圈的第三工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖14是實(shí)施例2中的四缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的四個(gè)氣缸處于曲軸第二圈的第四工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖15是實(shí)施例2中的四缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的四個(gè)氣缸處于曲軸第三圈的第一工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖16是實(shí)施例2中的四缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的四個(gè)氣缸處于曲軸第三圈的第二工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖17是實(shí)施例2中的四缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的四個(gè)氣缸處于曲軸第三圈的第三工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖18是實(shí)施例2中的四缸六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組的四個(gè)氣缸處于曲軸第三圈的第四工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖I-圖6中1_第一氣缸；2_第二氣缸；3_第三氣缸；4_燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道；5_燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門；在圖7-18中，I'-第一氣缸；2'-第二氣缸；3'-第三氣缸；4'-第四氣缸；5'-燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門；6'-燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)描述。一種四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃?xì)廪D(zhuǎn)缸輔助做功機(jī)構(gòu)，包括兩個(gè)氣缸以及通過驅(qū)動凸輪控制這兩個(gè)氣缸的進(jìn)氣閥門、排氣閥門通斷的凸輪軸，兩個(gè)氣缸之間設(shè)置有燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道，燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道設(shè)置有用于控制該燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道通斷的燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門，燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門與凸輪軸之間設(shè)置有用于控制該燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門通斷實(shí)現(xiàn)燃?xì)廪D(zhuǎn)缸輔助做功的凸輪。在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過凸輪軸凸輪分別驅(qū)動控制氣缸的進(jìn)氣閥門、排氣閥門以及該燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門的通斷，合理處理關(guān)聯(lián)氣缸之間的運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系，可以在原四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)燃?xì)廪D(zhuǎn)缸做功沖程和一個(gè)燃?xì)廪D(zhuǎn)缸排氣沖程，使原四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)成為六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。六沖程包括吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程、轉(zhuǎn)缸做功沖程和轉(zhuǎn)缸排氣沖程。本實(shí)用新型適合現(xiàn)有二、三、四缸及缸數(shù)為三或四的倍數(shù)的各型內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(其中二缸發(fā)動機(jī)需按八沖程設(shè)計(jì)，因輸出最大功率不足一般不建議采用該方案)。在發(fā)動機(jī)氣缸總數(shù)為三或四的倍數(shù)的四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上，按三或四的倍數(shù)將發(fā)動機(jī)氣缸分為與該倍數(shù)相同數(shù)量的組，在各組的三或四個(gè)氣缸中，一定工作順序的兩個(gè)氣缸與這兩個(gè)氣缸之間的燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道構(gòu)成一個(gè)燃?xì)廪D(zhuǎn)缸輔助做功機(jī)構(gòu)。工作時(shí)，當(dāng)某氣缸活塞處于做功沖程的一定位置時(shí)，在其做功沖程的運(yùn)行過程的某一時(shí)點(diǎn)，與其由燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道連通的氣缸進(jìn)入轉(zhuǎn)缸做功沖程，此時(shí)由凸輪控制的閥門打開，將轉(zhuǎn)缸做功沖程的氣缸與做功沖程的氣缸連通，高溫高壓燃?xì)馔ㄟ^轉(zhuǎn)缸通道進(jìn)入轉(zhuǎn)缸做功氣缸，同時(shí)推動兩個(gè)氣缸的活塞做功。當(dāng)做功沖程的活塞繼續(xù)向下運(yùn)行到最合適的位置后，凸輪控制的閥門首先將燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道關(guān)閉，然后第一個(gè)氣缸的控制排氣閥門打開，該氣缸從做功沖程進(jìn)入排氣沖程，當(dāng)轉(zhuǎn)缸做功氣缸活塞運(yùn)行到最低點(diǎn)時(shí)，開啟排氣閥門，進(jìn)入 轉(zhuǎn)缸排氣沖程。當(dāng)發(fā)動機(jī)氣缸總數(shù)為三和四的倍數(shù)時(shí)，按倍數(shù)將發(fā)動機(jī)氣缸分組，即幾倍為幾個(gè)組，定義為n，各組之間相位差對提高發(fā)動機(jī)的工作效率和平穩(wěn)性非常重要。以下將分別采取三缸六沖程和四缸六沖程的燃?xì)廪D(zhuǎn)缸發(fā)動機(jī)各組相位的選取分析如下。對于燃?xì)廪D(zhuǎn)缸方式以三缸為一組的發(fā)動機(jī)，因完成六沖程曲軸運(yùn)行三圈為360X3=1080度角，本組內(nèi)三個(gè)氣缸相位差為1080 + 3 = 360度，即三個(gè)氣缸的兩兩之間的運(yùn)行相位差分別為360度，即實(shí)際三個(gè)氣缸對于曲軸的幾何相位相同。因第一氣缸的做功沖程的同時(shí)是第二氣缸的轉(zhuǎn)缸做功沖程過程，故在曲軸上后一氣缸的相位反而比前一缸提前360度角。對缸數(shù)為三的倍數(shù)發(fā)動機(jī)，按倍數(shù)n分組的各組在曲軸上平均分配是實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)工作效率最大化和平穩(wěn)性最佳狀態(tài)，因第一氣缸的做功沖程的同時(shí)是第二氣缸的轉(zhuǎn)缸做功沖程過程，故在曲軸上后一氣缸的相位反而比前一缸提前360度角，在設(shè)計(jì)上，這n組氣缸按照相鄰兩組之間依次滯后360/n度角排列。故當(dāng)組數(shù)為二時(shí)，兩組在曲軸上按互相提前或滯后180度角排列；如果是三組時(shí)，則按相鄰兩組之間依次滯后120度角排列；四組則按按相鄰兩組之間依次滯后90度排列。對燃?xì)廪D(zhuǎn)缸方式以四缸為一組的發(fā)動機(jī)，因完成六沖程曲軸運(yùn)行三圈為360X3=1080度角，本組內(nèi)四個(gè)氣缸相位差為1080 + 4 = 270度，即四個(gè)氣缸的兩兩之間的運(yùn)行相位差分別為270度，實(shí)際四個(gè)氣缸對于曲軸的幾何相位分別相差90度。當(dāng)某氣缸處在做功沖程的中間位置時(shí)，第二氣缸才進(jìn)入轉(zhuǎn)缸做功沖程，故在曲軸上后一氣缸的相位反而比前一缸提前270度角。對缸數(shù)為四的倍數(shù)的發(fā)動機(jī)，按倍數(shù)n分組的各組在曲軸上平均分配是實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)工作效率最大化和平穩(wěn)性最佳狀態(tài)的需要，在設(shè)計(jì)上，這n組氣缸按照相鄰兩組之間依次提前或滯后270/n度角排列。故當(dāng)組數(shù)為二時(shí)，第二組與第一組在曲軸上需提前或滯后135度角；如果是三的倍數(shù)組時(shí)，這些組按照相鄰組之間依次提前或滯后90度角；當(dāng)為四組時(shí)，這些組按照相鄰組之間依次提前或滯后67. 5度排列。對氣缸總數(shù)不是三或四的倍數(shù)的發(fā)動機(jī)，理論上可以分成三和四的倍數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，如氣缸總數(shù)為十四缸的發(fā)動機(jī)，可以分為六缸和八缸來設(shè)計(jì)。兩缸的發(fā)動機(jī)可以按照八缸來設(shè)計(jì)。[0041]實(shí)施例I表I為十二缸六沖程發(fā)動機(jī)各缸工作情況，以圖I-圖6中的第一氣缸I的曲軸處于第一氣缸吸氣沖程始點(diǎn)為0度。表I
權(quán)利要求1.一種四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃?xì)廪D(zhuǎn)缸輔助做功機(jī)構(gòu)，包括兩個(gè)氣缸以及通過驅(qū)動凸輪控制這兩個(gè)氣缸的進(jìn)氣閥門、排氣閥門通斷的凸輪軸，其特征在于所述的兩個(gè)氣缸之間設(shè)置有將這兩個(gè)氣缸連通的燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道，所述燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道設(shè)置有燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門，所述燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門與所述凸輪軸之間設(shè)置有用于控制該燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門通斷實(shí)現(xiàn)燃?xì)廪D(zhuǎn)缸輔助做功的凸輪。
專利摘要一種四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃?xì)廪D(zhuǎn)缸輔助做功機(jī)構(gòu)，包括兩個(gè)氣缸以及通過驅(qū)動凸輪控制這兩個(gè)氣缸的進(jìn)氣閥門、排氣閥門通斷的凸輪軸，這兩個(gè)氣缸之間設(shè)置有將這兩個(gè)氣缸連通的燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道，燃?xì)廪D(zhuǎn)缸通道設(shè)置有燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門，燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門與凸輪軸之間設(shè)置有控制該燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門通斷實(shí)現(xiàn)燃?xì)廪D(zhuǎn)缸輔助做功的凸輪。通過凸輪軸分別驅(qū)動不同凸輪控制氣缸的進(jìn)氣、排氣以及燃?xì)廪D(zhuǎn)缸閥門的通斷，合理處理關(guān)聯(lián)氣缸之間的運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系，在原四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)燃?xì)廪D(zhuǎn)缸做功沖程和一個(gè)燃?xì)廪D(zhuǎn)缸排氣沖程，使原四沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)成為六沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。本實(shí)用新型能夠有效提高內(nèi)燃發(fā)動機(jī)熱能轉(zhuǎn)換率，降低噪音污染，更加節(jié)能和環(huán)保。
文檔編號F02B75/02GK202545011SQ20122021541
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者黃綿坤 申請人:黃綿坤